TegenBeterWetenIn schreef op 31 mei 2020 21:30:
Door een keramisch basismateriaal (aangeduid als de
matrix) met vezels (vaak ook keramiek) te combineren, ontstaat een samengesteld materiaal (
composite) dat beter in staat is om energie te absorberen dan normale (
monolithische) keramische materialen. De vezels zorgen namelijk voor een meer gelijkwaardige distributie van de energie door het materiaal. Vaak wordt zowel voor de matrix als de vezel eenzelfde materiaal gebruikt.
Hoe langer de vezel des te beter de distributie en des te beter het materiaal bestand is tegen breken (aangeduid als de
fracture resistance). De eerste generatie CMC’s hadden kortere vezels (gekscherend aangeduid als
whiskers), en maakten dus de verwachtingen m.b.t. beoogde versterking nog niet waar. De toepassing bleef lang beperkt tot bijv. hoog belastbare keramische messen.
Het productieproces (waarover later meer) kent hoge werktemperaturen en beoogd gebruik van het uiteindelijke product in werkomgevingen met hoge temperaturen, maakt vezels met een metallurgische of organische basis minder geschikt.
Elementen als Koolstof (C) en Silicium(Carbide) (SiC) (die eenzelfde eigenschappen hebben als keramiek en daardoor als element ook als zodanig kunnen worden beschouwd) zijn, naast Alumina, veelgebruikt. Bovendien kunnen hiermee tevens lichtere en beter geleidende composities worden gemaakt. De tweedeling van de compositie (matrix/vezel) verklaart dan ook meteen de naamconventie van CMC’s: C/C, SiC/SiC, C/SiC enz.
Deze elementen brengen ons al iets dichterbij het productassortiment van AMG.
Met al deze eigenschappen maakt het dat CMC’s een uitermate geschikte toepassing vinden waarbij duurzaamheid, corrosiebestendigheid, lichtgewicht en hittebestendigheid belangrijke vereisten zijn. Applicaties lopen uiteen van remschijven met hoogwaardige prestaties, ventilatoren voor extreem hete gassen, filters van hete vloeistoffen tot kogelvrije vesten.
Ter illustratie, een remschijf gemaakt van CMC’s heeft een levensduur van minimaal 300.000 km.
Waarom hebben CMC’s dankzij deze prachtige kenmerken hun weg nog niet gevonden in alledaags gebruik?
Ondanks het 20 jarig bestaan van het productieproces van CMC’s blijkt tot op heden juist het verweven van de lange vezels een technisch complex en dus kostbaar component van de productie. Om maar bij het eerste voorbeeld te blijven loont het nog steeds niet om 4 remschijven van metaal (als gelijkwaardige levensduur van een remschijf van CMC’s) te vervangen.
Veel logischer is het dus pas over te stappen op componenten gemaakt van CMC’s als er winst gemaakt kon worden met alle kenmerken die CMC’s bieden (tenminste, totdat de productiekosten flink verlaagd zijn). Een industrie waar die winsten wel gemaakt worden is de lucht- en ruimtevaart. De link met AMG is hiermee compleet.
AMG heeft bekende naam als het gaat om het produceren en installeren van diverse
vacuum furnaces in de specialistische metallurgische industrie.
Tot de aankondiging in de "Q1 earnings", refereerde de vacuüm functie van haar ovens dan ook naar de functie voor het creëren van een steriele omgeving en ter voorkoming van oxidatie (bijv. in het geval van titanium) bij de verhitting van metalen.
Bij de oven bedoelt voor CMC’s is er een heel ander proces van toepassing.
De basis van de beoogde fabricaten wordt eerst voorgevormd en omgeven door polymere band waarin de keramische vezels zijn verwerkt. Door pyrolyse verdwijnt het polymeer, waarna de overgebleven, verhardde en voorgevormde vezels worden geïnfiltreerd met de voorkomende matrix elementen (in gas- of vloeibare vorm) om uiteindelijk het composiet te vormen.
We noemen deze vorm van fabricage ook wel PIP. Dat staat voor
Polymer Infiltration and Pyrolysis. Infiltratie en pyrolyse worden 4 tot 10 keer herhaald om de gewenste poreusheid te verkrijgen.
Zoals eerder gezegd is het gebruik van CMC’s tot dusverre meest lonend (en toepasbaar) in de lucht- en ruimtevaart. Kan daarmee een eenvoudige conclusie worden getrokken welke klant in de Q1 earnings werd bedoeld?
Eerste gedachte gaat natuurlijk uit naar GE Aviation (al een stevige klant van AMG) die al sinds 2014 een behoorlijke investering doet in het industrialiseren CMC’s en als vrucht van die investering (tevens paradepaardje) CMC’s in LEAP motoren heeft geïntroduceerd. Zij hebben echter al een fabricageproces van CMC componenten in Alabama. Door het veelvuldig pattenteren van de in het fabricageproces gebruikte technieken, hebben zij overigens een behoorlijk obstakel opgeworpen voor eventuele concurrentie.
Als we kijken naar Rolls Royce, dat duidelijk achterloopt op GE (over Pratt & Whitney nog maar te zwijgen) en haar onderzoek naar CMC’s pas begon in 2016, dan lijkt dit een logischere kandidaat. Mogelijk zijn zij momenteel bezig een fabricagelijn op te zetten en dus zou de oven van AMG een key component hierin zijn. Recente vacatures hintten echter nog veel naar onderzoek gerichte applicaties.
Een andere en veel minder vanzelfsprekende kandidaat is SpaceX.
SpaceX ‘flirt’ sinds 2018 actief met CMC’s en heeft altijd de ambitie gehad om zelf zoveel mogelijk componenten zelf te maken. Of turbine onderdelen op zo’n schaal worden geproduceerd dat dat
in-house fabricage rechtvaardigt is mij natuurlijk niet bekend en lijkt niet voor de hand liggend (echter, als je haar ambities mag geloven…).
Hoewel de vraag niet met zekerheid beantwoord kan worden, is het wel duidelijk dat de productie van CMC gebaseerde componenten op industriële schaal nog aan de beginfase staat.
Nu wordt de potentie meer gelimiteerd door de toepasbaarheid en productiekosten van CMC’s. Heeft AMG dus een nieuwe cash cow te pakken? Ik ben overtuigd (voor de korte termijn) zeker van niet. Maar het is uiteraard wel leuk om te zien dat zij alvast haar positie heeft verankerd in een innovatie die langzamerhand meer voet krijgt aan de grond.